錢德勝，劉海波，張文平

(巢湖學(xué)院 化學(xué)與材料科學(xué)系，安徽 巢湖238000)

內(nèi)酰胺酸性離子液體催化合成阿司匹林

錢德勝，劉海波，張文平

(巢湖學(xué)院 化學(xué)與材料科學(xué)系，安徽 巢湖238000)

制備了系列內(nèi)酰胺酸性離子液體作為催化劑，用于催化乙酸酐和水楊酸的乙酰化反應(yīng)，合成阿司匹林?？疾炝朔磻?yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、催化劑種類及用量、酐/醇比對(duì)水楊酸酰化反應(yīng)產(chǎn)率的影響和離子液體的重復(fù)使用性能。最佳的反應(yīng)條件為：n(乙酸酐)∶n(水楊酸)∶n([NMP] H2PO4)=2∶1∶0.075，反應(yīng)溫度70℃，時(shí)間30 min，產(chǎn)品收率達(dá)72.4%，且該離子液體重復(fù)使用4次，仍表現(xiàn)出良好的催化活性。

阿司匹林；內(nèi)酰胺；離子液體；催化

阿司匹林即乙酰水楊酸，是一種常用的退熱鎮(zhèn)痛和抗風(fēng)濕類藥，傳統(tǒng)制備方法是用濃硫酸作催化劑，由乙酸酐和水楊酸酰化制得，但副反應(yīng)多，設(shè)備腐蝕性較大，嚴(yán)重污染環(huán)境。近年來(lái)人們研究了多種較為環(huán)境友好的催化劑如乙酸鈉[1]、硫酸氫鈉[2]、三氯稀土[3]等，但價(jià)格昂貴或重復(fù)使用性能差。離子液體具有優(yōu)異的化學(xué)和熱力學(xué)穩(wěn)定性和良好的溶解性，室溫下幾乎無(wú)蒸汽壓、無(wú)污染，被稱之為“綠色溶劑”[4]。本文合成了系列內(nèi)酰胺酸性離子液體替代濃硫酸催化合成阿司匹林，產(chǎn)率可達(dá)72.4%。該類離子液體合成工藝簡(jiǎn)單、操作方便、價(jià)格便宜、毒性低。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

儀器：WQT-410型傅里葉紅外光譜儀(北京第二光學(xué)儀器廠)；WRS-1A型數(shù)字熔點(diǎn)儀 (上海物理光學(xué)儀廠)；Bruker Advanced Digital300-MHz型核磁共振儀(瑞士)。

試劑：水楊酸、乙酸酐、己內(nèi)酰胺、N-甲基丁內(nèi)酰胺、碳酸氫鈉均為分析純?cè)噭?，苯磺酸（BSA）等其它均為化學(xué)純?cè)噭?/p>

1.2 離子液體的制備

參照文獻(xiàn)[5]法，在50mL圓底燒瓶中加入11.32g (0.1mol)己內(nèi)酰胺和10mL去離子水，充分溶解，冰水浴中，磁力攪拌下滴加等摩爾的酸(H2SO4,H3PO4, BSA)，室溫下反應(yīng)12h。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除溶劑，用苯洗滌，70℃真空干燥，得己內(nèi)酰胺離子液體 [CP]X(X: HSO4,H2PO4,BSA)。

同樣的方法合成了N-甲基丁內(nèi)酰胺離子液體[NMP]X(X:HSO4,H2PO4,BSA)。

1.3 阿司匹林的合成

50 mL燒瓶中加入4.083 g(0.04 mol)乙酸酐和0.3 g離子液體，磁力攪拌均勻后，加入2.762 g(0.02 mol)水楊酸，油浴升溫至70℃，攪拌下反應(yīng)30 min后，加入50mL蒸餾水，冰水冷卻，抽濾得粗產(chǎn)品，母液中的離子液體經(jīng)旋蒸除水后重復(fù)使用。粗產(chǎn)品溶于飽和的NaHCO3溶液，過(guò)濾，濾液用稀HCl中和后，冰水冷卻，抽濾，產(chǎn)物用乙醇--水溶液（體積比為1:4）重結(jié)晶，干燥后得白色針狀晶體。熔點(diǎn)：134～135℃。IR(KBr)的主要吸收峰σ/cm-1:3000-2500（羧酸νO-H），1754 （酯νC=O），1692(羧酸 νC=O),1606, 1483,1467(苯環(huán)νC-C),1307,1189(羧酸和酯νC-O)與標(biāo)準(zhǔn)圖譜吸收峰位置一致。

2 結(jié)果與討論

2.1 離子液體的表征

離子液體的1HNMR譜圖數(shù)據(jù)如下：

[NMP]H2PO4:HNMR(DMSO),δ:1.84-1.92(m,2H), 2.17(m,2H),2.68(s,3H),3.29(m,2H),7.34(d,1H),8.73(d,2H)

[CP]BSA:HNMR(CDCl3),δ:1.74-1.85(m,6H),2.65 (d,2H),3.43(s,2H),6.80(s,2H),7.45(s,3H),7.90(d,1H), 10.03(s,1H).1HNMR(D2O),δ：1.47-1.63(m,6H),2.33 (t,2H),3.11(t,2H),7.44(t,3H),7.68(d,2H)。離子液體中含有二個(gè)活潑H，說(shuō)明生成了N-質(zhì)子化的己內(nèi)酰胺陽(yáng)離子。

IR(KBr)譜圖顯示：己內(nèi)酰胺中νN-H和νC=O的吸收帶分別為3216 cm-1和1660 cm-1，離子液體[CP] BSA中νN-H和νC=O的吸收帶分別為2945 cm-1和1702cm-1?？梢?jiàn)己內(nèi)酰胺被質(zhì)子化后，由于H+的吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)作用，使原有N-H鍵力常數(shù)降低，羰基的雙鍵性加大，結(jié)果導(dǎo)致產(chǎn)物譜圖中特征峰νN-H的吸收頻率向低頻移動(dòng)，而νC=O的吸收頻率則向高頻移動(dòng)。

2.2 溫度對(duì)反應(yīng)的影響

對(duì)2.762 g水楊酸和4.083 g乙酸酐，加入0.3 g離子液體，不同溫度下反應(yīng)30 min，見(jiàn)表1。

表1 反應(yīng)溫度的影響

由表1可見(jiàn)，隨著反應(yīng)溫度的升高，產(chǎn)率先提高后又下降，可能溫度過(guò)高，促進(jìn)水楊酸發(fā)生聚合反應(yīng)，副產(chǎn)物增加，從而導(dǎo)致產(chǎn)率下降。離子液體[CP]X、[NMP]X(X:HSO4,H2PO4)催化該反應(yīng)的最佳反應(yīng)溫度分別為60℃和70℃。

2.3 催化劑的種類及其用量對(duì)反應(yīng)的影響

將2.762 g水楊酸和4.083 g乙酸酐，恒溫反應(yīng)30 min，見(jiàn)表2。

表2 催化劑用量的影響

表2結(jié)果表明：陰離子相同時(shí)，[NMP]X較[CP] X具有更好的催化活性，但相同條件下，均優(yōu)于傳統(tǒng)催化劑濃硫酸；H2PO4與相同陽(yáng)離子構(gòu)成的離子液體催化活性更強(qiáng)，其中[NMP]H2PO4的催化能力最強(qiáng)；同一催化劑，隨著其用量的增加，產(chǎn)率先上升后有所下降，這可能是由于過(guò)多的離子液體稀釋了溶于其中的反應(yīng)物，從而引起反應(yīng)速率的降低。[NMP]H2PO4的用量為0.3g（對(duì)水楊酸的摩爾份數(shù)為7.5%）時(shí)，阿司匹林的產(chǎn)率最高。

2.4 反應(yīng)時(shí)間的影響

對(duì)2.762g水楊酸和4.083g乙酸酐，加入0.3g離子液體，恒溫反應(yīng)?？疾觳煌磻?yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響結(jié)果，如表3所示。隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，產(chǎn)率提高，最佳反應(yīng)時(shí)間為30 min，反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，可能由于部分產(chǎn)物分解，導(dǎo)致產(chǎn)率反而下降。

表3 反應(yīng)時(shí)間的影響

2.5 酐/醇比對(duì)反應(yīng)的影響

對(duì)2.762 g水楊酸，加入不同量的乙酸酐及0.3 g離子液體，反應(yīng)30 min，結(jié)果如表4所示。該比例為2∶1時(shí)，產(chǎn)率最高。增加乙酸酐用量可推動(dòng)正向反應(yīng)的進(jìn)行，但用量過(guò)大可能會(huì)因其自身的酸催化分解而消耗部分催化劑，降低了離子液體的催化效果。

表4 酐醇摩爾比的影響

2.6 催化劑的重復(fù)使用

對(duì)2.762g水楊酸和4.083g乙酸酐，加入0.3g離子液體，恒溫反應(yīng)30 min，見(jiàn)表5。表5結(jié)果顯示，離子液體重復(fù)使用4次后催化活性變化不大，催化活性的降低可能是由于每次反應(yīng)后離子液體在處理過(guò)程中略有損失，導(dǎo)致產(chǎn)率有所下降。

表5 催化劑的重復(fù)使用

[1]林沛和,李承范.乙酸鈉催化合成阿司匹林[J].河北化工, 2006,29(4):35-36.

[2]翁文,林德娟,尤秀麗,顏少明.硫酸氫納催化合成阿司匹林[J].應(yīng)用化工,2003,32(2):15-16.

[3]張武,李紅喜,顧巍.三氯稀土催化合成乙酰水楊酸[J].化學(xué)世界,2002(8):422-423.

[4]Gui J Zh,Ban Z Y,Cong X H,et al.Selective alkylation of phenol with tert-butyl alcohol catalyzed by Brnsted acidic imidazolium salts[J].J.Mol.Catal.A:Chem.,2005,225:27-31.

[5]錢德勝,程廣斌,呂春緒.稀土金屬在離子液體中催化甲苯的硝化反應(yīng)[J].應(yīng)用化學(xué),2009,26(7):757-761.

[責(zé)任編輯：錢立武]

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1674-1102（2010）03-0025-02

2010-04-06

安徽省高等學(xué)校省級(jí)自然科學(xué)研究項(xiàng)目（KJ2009B231Z）。

錢德勝（1968-），男，安徽巢湖人，巢湖學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)系講師，碩士，主要從事精細(xì)化工品的綠色合成和工藝學(xué)研究 。